Lihtne ESR-arvesti ahel

Selles postituses käsitletakse lihtsat ESR-arvesti vooluahelat, mida saab kasutada elektrooniliste vooluahelate halbade kondensaatorite tuvastamiseks, eemaldamata neid praktiliselt trükkplaadilt. Idee soovis Manual Sofian

Tehnilised kirjeldused

Kas teil on ESR-mõõturi skeem? Tehnikad soovitavad mul kõigepealt kontrollida elektrolüütikat iga kord, kui mul tekib surnud vooluring, kuid ma ei tea, kuidas seda mõõta.

Tänan teid juba ette vastuse eest.

Mis on ESR

ESR, mis tähistab ekvivalentset seeria takistust, on tühiselt väike takistuse väärtus, mis tavaliselt saab osaks kõigist kondensaatoritest ja induktiivpoolidest ning ilmub järjestikku nende tegelike ühiku väärtustega, kuid eriti elektrolüütkondensaatorites võib vananemise tõttu ESR väärtus kasvada ebanormaalsele tasemele, mis mõjutab negatiivselt kaasatud vooluahela üldist kvaliteeti ja reageerimist.

Konkreetses kondensaatoris arenev ESR võib järk-järgult tõusta nii mõnelt milliohmilt kuni 10 oomi, mõjutades tõsiselt vooluringi vastust.

Eespool selgitatud ESR ei pruugi aga tähendada tingimata, et see mõjutaks ka kondensaatori mahtuvust, tegelikult võiks mahtuvuse väärtus jääda terveks ja heaks, kuid kondensaatori töö halveneb.

Selle stsenaariumi tõttu ei suuda tavaline mahtuvusmõõtur täielikult tuvastada halba kondensaatorit, millel on kõrge ESR väärtus, ja tehnik leiab, et kondensaatorid on oma mahtuvuse väärtuse osas korras, mis omakorda teeb tõrkeotsingu ülimalt keeruliseks.

Kui tavalised mahtuvusmõõturid ja ohmimeetrid muutuvad rikkis kondensaatorites ebahariliku ESR-i mõõtmisel või tuvastamisel täiesti ebaefektiivseks, muutub ESR-meeter selliste eksitavate seadmete tuvastamiseks äärmiselt mugavaks.

ESR ja mahtuvuse erinevus

Põhimõtteliselt näitab kondensaatori ESR väärtus (oomides), kui hea on kondensaator.

Mida väiksem on väärtus, seda suurem on kondensaatori töövõime.

ESR-test annab meile kiire hoiatuse kondensaatori talitlushäirete kohta ja on palju kasulikum kui mahtuvuskatse.

Tegelikult võivad tavalise mahtuvusmõõturi abil uurides olla mitmed defektsed elektrolüütikumid korras.

Viimasel ajal oleme rääkinud paljude inimestega, kes ei toeta ESRi olulisust ja millises tajus see on mahtuvuse poolest ainulaadne.

Seetõttu arvan, et tasub esitada klipp tehnoloogiauudistest mainekas ajakirjas, mille autor on Independence Electronics Inc. president Doug Jones. Ta käsitleb ESRi muret tõhusalt. ESR on kondensaatori aktiivne looduslik takistus vahelduvvoolu signaalile.

Suurem ESR võib põhjustada ajapidevaid komplikatsioone, kondensaatori soojenemist, vooluahela suurenemist, süsteemi üldist riket jne.

Milliseid probleeme võib ESR põhjustada?

Kõrgete ESR-kondensaatoritega lülitusrežiimil töötav toiteallikas võib ebaõnnestuda optimaalselt või lihtsalt ei käivitu üldse.

Teleri ekraani võiks külgedelt / ülevalt / alt sisse kallutada kõrge ESR-kondensaatori tõttu. See võib põhjustada ka enneaegseid dioodi ja transistori rikkeid.

Kõiki neid ja paljusid muid küsimusi põhjustavad tavaliselt sobiva mahtuvusega, kuid suure ESR-iga kondensaatorid, mida ei saa staatilise joonena tuvastada ja seetõttu ei saa mõõta tavalise mahtuvusmõõturi või alalisvoolu-oomeetri abil.

ESR ilmub alles siis, kui kondensaatoriga on ühendatud vahelduvvool või kui kondensaatori dielektriline laeng vahetab pidevalt olekuid.

Seda võib vaadelda kui kondensaatori kogufaasilist vahelduvvoolutakistust koos kondensaatori juhtmete alalisvoolutakistusega, kondensaatori dielektrikuga ühendamise alalisvoolutakistusega, kondensaatori plaaditakistusega ja dielektrilise materjali faasilise vahelduvvooluga vastupanu kindlal sagedusel ja temperatuuril.

Kõiki elemente, mis põhjustavad ESRi moodustumist, võiks pidada kondensaatoriga järjestikku seisvateks takistiteks. Seda takistit ei eksisteeri tegelikult füüsilise üksusena, mistõttu pole kohest mõõtmist 'ESR-takisti' abil lihtsalt võimalik teostada. Kui seevastu on ligipääsetav lähenemisviis, mis aitab mahtuvusliku reaktantsi tulemusi korrigeerida, ja mõeldes sellele, et kõik takistused on faasis, võiks ESR-i määrata ja testida elektroonika põhivalemiga E = I x R!

Lihtsama alternatiivi värskendamine

Allpool toodud võimendipõhine vooluahel tundub kahtlemata keeruline, seetõttu võiksin pärast mõningast mõtlemist välja mõelda selle lihtsa idee mis tahes kondensaatori ESR-i kiireks hindamiseks.

Kuid selleks peate kõigepealt tegema arvutama kui suur on konkreetse kondensaatori ideaalne takistus, kasutades järgmist valemit:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• kus Xc = reaktants (takistus oomides),
• pi = 22/7
• f = sagedus (selle rakenduse jaoks võtke 100 Hz)
• C = kondensaatori väärtus Faradides

Xc väärtus annab teile kondensaatori samaväärse takistuse (ideaalse väärtuse).

Järgmisena leidke vool läbi Ohmi seaduse:

I = V / R, siin V on 12 x 1,41 = 16,92 V, R asendatakse Xc-ga, nagu on saadud ülaltoodud valemi järgi.

Kui leiate kondensaatori ideaalse voolutugevuse, saate tulemuse võrdlemiseks ülaltoodud arvutatud väärtusega kasutada järgmist praktilist vooluringi.

Selleks vajate järgmisi materjale:

• 0-12V / 220V trafo
• 4 dioodi 1N4007
• 0–1 amprine FSD liikuva mähise arvesti või mis tahes tavaline ampermeeter

Ülaltoodud vooluahel annab otsese lugemise selle kohta, kui palju voolu suudab kondensaator selle kaudu edastada.

Märkige üles ülaltoodud seadistustest mõõdetud vool ja valemiga saavutatud vool.

Lõpuks kasutage uuesti Ohmi seadust, et hinnata kahe praeguse (I) näidu takistusi.

R = V / I, kus pinge V on 12 x 1,41 = 16,92, 'I' vastab näitudele.

Kondensaatori ideaalse väärtuse kiire saavutamine

Kui te ei soovi arvutusi läbi viia, võite ülaltoodud näites kasutada võrdluseks kondensaatori ideaalse reaktantsi saamiseks järgmist võrdlusväärtust.

Vastavalt valemile on 1 uF kondensaatori ideaalne reaktants 100 Hz juures umbes 1600 oomi. Me võime seda väärtust võtta mõõdupuuna ja hinnata iga soovitud kondensaatori väärtust lihtsa pöördvõrdelise ristkorrutise abil, nagu allpool näidatud.

Oletame, et tahame saada 10uF kondensaatori ideaalse väärtuse, lihtsalt nii oleks:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 oomi

Nüüd saame seda tulemust võrrelda tulemusega, mis saadakse ampermeetri voolu lahendamisel Ohmi seaduses. Erinevus ütleb meile kondensaatori efektiivse ESR-i kohta.

MÄRKUS. Valemis ja praktilises meetodis kasutatud pinge ja sagedus peavad olema identsed.

Op Amp-i kasutamine lihtsa ESR-mõõturi valmistamiseks

ESR-meetrit saab kasutada kaheldava kondensaatori tervise kindlakstegemiseks vana elektroonilise vooluahela või seadme tõrkeotsingu ajal.

Pealegi on nende mõõtevahendite hea külg see, et seda saab kasutada kondensaatori ESR mõõtmiseks, ilma et oleks vaja kondensaatorit trükkplaadilt eemaldada ega isoleerida, mis muudab kasutaja jaoks asjad üsna lihtsaks.

Järgmine joonis näitab lihtsat ESR-arvesti vooluringi, mida saab ehitada ja kasutada kavandatud mõõtmistel.

Vooluringi skeem

Kuidas see töötab

Vooluringi võib mõista järgmiselt:

TR1 koos lisatud NPN-transistoriga moodustab lihtsa tagasisidega käivitatava blokeeriva ostsillaatori, mis võngub mõnel väga kõrgel sagedusel.

Võnkumised indutseerivad trafo 5 pöörde sekundaarses sekundaarses pinges proportsionaalse suuruse ja see indutseeritud kõrgsageduslik pinge rakendatakse üle kogu kõnealuse kondensaatori.

Opampi võib näha ka ülaltoodud madalpinge kõrgsagedusliku etteandega ja see on konfigureeritud vooluvõimendina.

ESR-i puudumisel või uue hea kondensaatori korral on arvesti seatud näitama täisskaala läbipaindet, mis näitab minimaalset ESR-i kondensaatoril, mis langeb proportsionaalselt nulli poole erinevate kondensaatorite puhul, millel on erinevad ESR-tasemed.

Madalam ESR põhjustab suhteliselt suurema voolu arenemise üle opampi inverteeriva sensori sisendi, mis kuvatakse arvestis vastavalt suurema läbipainde astmega ja vastupidi.

Ülemine BC547 transistor on kasutusel ühise kollektoripinge regulaatori astmena, et ostsillaatori astet töötada madalama 1,5 V-ga, nii et testitava kondensaatori ümber asuvas trükkplaadis olevat teist elektroonikaseadet hoitakse testisagedusest alates nullpinges. ESR-meeter.

Arvesti kalibreerimisprotsess on lihtne. Testkaablite lühisena hoidmine reguleeritakse uA-meetri lähedal eelseadistatud 100 k eelseadistust, kuni arvestikettal saavutatakse täisskaala läbipainde.

Pärast seda sai arvutis kontrollida erinevaid kõrgete ESR-väärtustega kondensaatoreid vastavalt madalama läbipainde astmega, nagu on selgitatud selle artikli eelmises osas.

Trafo on ehitatud mis tahes ferriidirõnga kohale, kasutades mis tahes õhukest magnettraati näidatud pöörete arvuga.

Järjekordne ühe LEDiga lihtne ESR-tester

Vooluahel annab negatiivse takistuse katsetatava kondensaatori ESR-i lõpetamiseks, tekitades fikseeritud induktiivpooli kaudu pideva seeriaresonantsi. Alloleval joonisel on kujutatud esrimeetri skeem. Negatiivse takistuse tekitab IC 1b: Cx näitab katsetatavat kondensaatorit ja L1 on fikseeritud induktorina.

Põhitöö

Pot VR1 hõlbustab negatiivset vastupanuvõimet. Testimiseks jätkake VR1 pööramist, kuni võnkumine lihtsalt peatub. Kui see on tehtud, saab ESR-väärtust kontrollida VR1-ketas taha kinnitatud skaalalt.

Vooluringi kirjeldus

Negatiivse takistuse puudumisel töötavad L1 ja Cx nagu järjestikused resonantsahelad, mille L1 takistus ja Cx ESR summutavad. See ESR-ahel hakkab võnkuma niipea, kui see saab pinge päästiku toite. IC1 a toimib nagu ostsillaator, et genereerida ruudukujulise lainega signaali väljundit, mille sagedus on Hz. See konkreetne väljund on diferentseeritud, et tekitada pinge piike (impulsse), mis käivitavad ühendatud resonantsahelat.

Niipea kui kondensaatori ESR ja R1 takistus kipuvad lõppema negatiivse takistusega, muutub helisev võnkumine pidevaks võnkumiseks. Seejärel lülitatakse LED D1 sisse. Niipea, kui võnkumine negatiivse takistuse languse tõttu peatub, lülitub LED välja.

Lühikese kondensaatori tuvastamine

Juhul kui Cx-is tuvastatakse lühisekondensaator, süttib LED suurenenud heledusega. Resonantsahela võnkumise ajal lülitub valgusdiood sisse ainult lainekuju positiivse servaga pooltsüklite kaudu: see põhjustab selle süttib ainult 50% kogu heledusest. IC 1 d annab pooleldi toitepinget, mida kasutatakse IC1b võrdlusalusena.

S1 saab kasutada ICIb võimenduse reguleerimiseks, mis omakorda muudab negatiivset takistust, võimaldades laia ESR mõõtepiirkonda 0-1, 0-10 ja 0-100 Ω vahel.

Osade nimekiri

L1 Ehitus

Induktor L1 on valmistatud kerimisega otse ümbrise 4 sisemise samba ümber, mida võib kasutada PCB nurkade kruvimiseks.

Pöörete arv võib olla 42, kasutades 30 SWG superemailitud vasktraati. Looge L1, kuni teil on mähise otstes 3,2 Ohmi takistus ehk umbes 90 uH induktiivsuse väärtus.

Traadi paksus ei ole oluline, kuid takistuse ja induktiivsuse väärtused peavad olema sellised, nagu eespool öeldud.

Testi tulemused

Ülalkirjeldatud mähise üksikasjadega peaks Cx pesades testitud 1000uF kondensaator genereerima sageduse 70 Hz. 1 pF kondensaator võib põhjustada selle sageduse kasvu umbes 10 kHz-ni.

Vooluahela uurimisel haakisin sagedusastmete testimiseks kristallkuulari läbi 100 nF kondensaatori R19 juures. Ruutlaine sageduse klõpsamine oli kenasti kuuldav, samal ajal kui VR1 oli kohandatud kaugel asukohast, mis põhjustas võnkumiste lakkamise. Kuna VR1 oli kriitilise punkti poole sättimisel, sain hakata kuulma madalpinge siinuslaine sageduse puhast heli.

Kuidas kalibreerida

Võtke kõrge kvaliteediga 1 000µF kondensaator, mille pinge on vähemalt 25 V, ja sisestage see Cx-punktidesse. Muutke VR1 järk-järgult, kuni leiate, et LED on täielikult välja lülitatud. Märgistage see konkreetne punkt potiskaala valimise taga 0,1 Ω.

Järgmisena ühendage teadaolev takisti seeriasse olemasoleva testitava Cx-ga, mis põhjustab LED-i süttimise, reguleerige nüüd uuesti VR1, kuni LED on lihtsalt välja lülitatud.

Siinkohal märkige VR1 valimisskaala värske kogutakistuse väärtusega. Võib olla üsna eelistatav töötada 0,1Ω sammuga vahemikus 1Ω ja sobivalt suuremate sammudega kahes muus vahemikus.

Tulemuste tõlgendamine

Allpool olev graafik näitab ESRi standardväärtusi vastavalt tootja andmetele ja võttes arvesse asjaolu, et 10 kHz juures arvutatud ESR on tavaliselt 1/3 1 kHz juures testitud väärtusest. 10V standardkvaliteediga kondensaatoritega ESR väärtused võivad olla neli korda suuremad kui madala ESR 63V tüüpidega.

Seega, kui madala ESR-tüüpi kondensaator laguneb tasemele, kus selle ESR sarnaneb tavalise elektrolüütkondensaatori omaga, suurenevad selle sisemised soojenemistingimused 4 korda kõrgemaks!

Kui näete, et testitud ESR väärtus on suurem kui 2 korda suurem kui järgmisel joonisel näidatud väärtus, võite kondensaatorit oma parimas seisukorras enam eeldada.

Kondensaatorite ESR-väärtused, mille pinge nimiväärtus erineb allpool näidatust, jäävad graafikul asjakohaste joonte vahele.

ESR-meeter IC 555 abil

Pole nii tüüpiline, kuid see lihtne ESR-ahel on ülitäpne ja hõlpsasti ülesehitatav. Selles kasutatakse väga tavalisi komponente, nagu IC 555, 5 V alalisvooluallikas, veel mõned passiivsed osad.

Vooluahel on ehitatud CMOS IC 555 abil, mis on seatud koormusteguriga 50:50.
Töötsüklit saab takisti R2 ja r kaudu muuta.
Isegi väike muutus r väärtuses, mis vastab kõnesoleva kondensaatori ESR-le, põhjustab olulist variatsiooni IC väljundsageduses.

Väljundsagedus on lahendatud valemiga:

f = 1 / 2CR1n (2-3 k)

Selles valemis C tähistab mahtuvust, R moodustatakse (R1 + R2 + r), r tähistab kondensaatori C ESR-i, samas kui k on tegur, mis võrdub:

k = (R2 + r) / R.

Vooluahela korrektse töö tagamiseks ei tohi teguri k väärtus olla suurem kui 0,333.

Kui seda suurendatakse üle selle väärtuse, muutub IC 555 kontrollimatuks võnkerežiimiks ülimalt kõrgel sagedusel, mida kontrollib ainult kiibi levimise viivitus.

Vastusena koefitsiendi k suurenemisele 0-st 0,31-ni leiad IC-i väljundsagedusest 10x võrra eksponentsiaalse inkrasiisi.

Kuna see suureneb veelgi 0,31-lt 0,33-ni, põhjustavad väljundvõimsuse kasv veel 10x suurusjärku.

Eeldades, et R1 = 4k7, R2 = 2k2, minimaalne ESR = 0 C jaoks, peaks k tegur eb umbes 0,3188.

Oletame, et meie ESR väärtus on umbes 100 oomi, põhjustaks k väärtuse suurenemine 3% tasemel 0,3286. Nüüd sunnib IC 555 võnkuma sagedusega, mis on 3 korda suurem võrreldes algse sagedusega r = ESR = 0 juures.

See näitab, et kui r (ESR) suureneb, põhjustab IC-väljundi sageduse eksponentsiaalne tõus.

Kuidas testida

Esmalt peate kalibreerima vooluahela reaktsiooni, kasutades kvaliteetset kondensaatorit, millel on tühine ESR ja mille mahtuvusväärtus on identne testitava väärtusega.

Teil peaks olema ka käputäis erinevaid takistoreid, mille täpsed väärtused jäävad vahemikku 1 kuni 150 oomi.

Nüüd joonistage graafik väljundsagedus vs r kalibreerimisväärtuste jaoks,

Seejärel ühendage kondensaator, mida tuleb testida ESR-i suhtes, ja alustage selle ESR-väärtuse analüüsi, võrreldes vastavat IC 555 sagedust ja vastavat väärtust graafikul.

Optimaalse eraldusvõime tagamiseks madalamale ESR-väärtusele, näiteks alla 10 oomi, ja ka sageduse erinevustest vabanemiseks on soovitatav lisada testitav kondensaatoriga järjestikku takisti vahemikus 10 kuni 100 oomi.

Kui graafikult on saadud väärtus r, peate sellest lahutama fikseeritud takisti väärtuse r ESR väärtuse saamiseks.